CN111913103B - 一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，包括以下步骤：步骤S1:获取不同情况下的弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号；步骤S2:根据得到的电机电流波形信号，构建弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型；步骤S3:将待测评弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号输入弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型，评估得到故障状态。本发明能够对弹簧储能操动结构断路器可靠、有效的故障检测。

Description

一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法
技术领域
本发明属于弹簧储能操动结构断路器的故障检测领域，具体涉及一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法。
背景技术
随着现代工业化进程的加快,电网的可靠性是一个国家生产与我国国民经济的稳定发展的重要保障。在这样的时代背景下，我国不断促使电力系统升级与完善,并且积极开展了一系列电力安全可靠性的工作。弹簧储能操动结构断路器是电力系统中关键的设备之一,主要起着保护与控制两个方面的重要作用。既可以切断或闭合高压电路中的空载电流与负荷电流,还可以在系统发生故障时保护电力装置。
由于弹簧储能操动结构断路器发生故障时,将会使电路设备受损,造成一定范围的停电和经济损失,甚至会引发火灾造成人员伤亡等事故。定期的对高压断路器进行故障诊断,掌握其运行状态,不仅是保证电力系统平稳运行和防止事故发生的关键,还是提高我国电网质量与保障人们生命安全的重要方式。因此，急需一种较为可靠、有效的弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，能够对弹簧储能操动结构断路器可靠、有效的故障检测。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，包括以下步骤：
步骤S1:获取不同情况下的弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号；
步骤S2:根据得到的电机电流波形信号，构建弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型；
步骤S3:将待测评弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号输入弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型，评估得到故障状态。
进一步的，所述不同情况包括无故障状态与待测评状态。
进一步的，所述步骤S1具体为：
步骤S11:弹簧储能操动结构断路器储能电机外侧安装有1号接口、2号接口、1号探头接线、2号探头接线和信号检测示波器，所述的1号接口通过1号探头接线与信号检测示波器相连接，所述的2号接口通过2号探头接线与信号检测示波器相连接，所述的信号检测示波器通过1号探头接线、2号探头接线获取弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号；
步骤S12:通过步骤S11进行连接获取两种不同状态下储能电机的电流波形信号，对该两种电流波形信号依次进行提取,得到不同情况下的弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号。
进一步的，所述步骤S12具体为：
(1)选用无故障状态弹簧储能操动结构的断路器作为参考断路器，在t0～t99时间段内选取100个等距的测试点，第j个测试的时间点记为tj,依次记为t0,t1,t2,…，t48,t49,t50…t97,t98,t99,在第j个测试点上量取电流值记为i0j,依次记为i00,i01,i02,…,i048,i049,i050,…,i097,i098,i099,得到了100组(tj,i0j)数据，其中tj是[t0,t99]时间区间内的等距测试点,j∈[0,99]的整数；
(2)选用待测评状态弹簧储能操动结构的断路器作为待测断路器，在t0～t99时间段内选取100个等距的测试点，第j个测试的时间点记为tj,依次记为t0,t1,t2…t48,t49,t50…t97,t98,t99,在第j个测试点上量取电流值记为i1j，依次记为i10,i11,i12,…,i148,i149,i150…i197,i198,i199,得到了100组(tj,i1j)数据，其中tj是[t0,t99]时间区间内的等距测试点，j∈[0,99]的整数。
进一步的，所述步骤S2具体为：
步骤S21:利用牛顿插值法对无故障状态弹簧储能操动结构的断路器得到的数据进行拟合得到关于时间t的数学模型Y0(t)如下：
Y0(t)＝α0+α1(t-t0)+α2(t-t0)(t-t1)+α3(t-t0)(t-t1)(t-t2)+…+αj(t-t0)(t-t1)…(t-tj-1)
式中tj为第j个测试的时间点，αj分别为数学模型Y0(t)的第j个系数，其中：
α0＝i00,
Figure GDA0003827311090000031
Figure GDA0003827311090000032
Figure GDA0003827311090000033
…
Figure GDA0003827311090000041
i0[t0,t1,t2,…,tj-2,tj-1,tj]表示i00,i01,i02,…,i0j-2,i0j-1,i0j的差分相关系数，j∈[0,99]的整数；
步骤S22:利用牛顿插值法对待测评状态弹簧储能操动结构的断路器得到的数据进行拟合得到关于时间t的数学模型Y1(t)如下：
Y1(t)＝β0+β1(t-t0)+β2(t-t0)(t-t1)+β3(t-t0)(t-t1)(t-t2)+…+βj(t-t0)(t-t1)…(t-tj-1)
式中tj为第j个测试的时间点，αj分别为数学模型Y0(t)的第j个系数，其中：
β0＝i10,
Figure GDA0003827311090000042
Figure GDA0003827311090000043
Figure GDA0003827311090000044
…
Figure GDA0003827311090000045
i1[t0,t1,t2,…,tj-2,tj-1,tj]表示i10,i11,i12,…,i1j-2,i1j-1,i1j的差分相关系数，j∈[0,99]的整数；
步骤S23:根据步骤S21和步骤S22分别得到：
对无故障状态弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号数据数学模型Y0(t)的相关系数：
α0,α1,α2,…,αj-2,αj-1,αj
其中αj分别为数学模型Y0(t)的第j个系数,j∈[0,99]的整数；
对待测评状态弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号数据数学模型Y1(t)的相关系数：
β0,β1,β2,…,βj-2,βj-1,βj
其中βj分别为数学模型Y0(t)的第j个系数,j∈[0,99]的整数；
建立弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型
Figure GDA0003827311090000051
其中，
Figure GDA0003827311090000052
j∈[0,99]的整数。
进一步的，所述步骤S3具体为：根据步骤S2得到的弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型M
当0.9＜M≤1时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于无故障状态；
当0.8＜M≤0.9时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于轻微故障状态；
当0.6＜M≤0.8时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于中度故障状态；
当M≤0.6时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于严重故障状态。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明能够对弹簧储能操动结构断路器可靠、有效的故障检测。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是本发明一实施例中获取弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号的电路原理图；
图3为本发明一实施例中弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号；
图中：1-信号检测示波器、2-1号探头接线、3-2号探头接线、4-1号接口、5-弹簧储能操动结构断路器储能电机、6-2号接口。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，包括以下步骤：
步骤S1:获取无故障状态与待测评状态的弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号；
参考图2，在本实施例中，所述步骤S1具体为：
步骤S11：弹簧储能操动结构断路器储能电机外侧安装有1号接口、2号接口、1号探头接线、2号探头接线和信号检测示波器，所述的1号接口通过1号探头接线与信号检测示波器相连接，所述的2号接口通过2号探头接线与信号检测示波器相连接，所述的信号检测示波器通过1号探头接线、2号探头接线获取弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号；
步骤S12:通过步骤S11进行连接获取两种不同状态下储能电机的电流波形信号，对该两种电流波形信号依次进行提取,得到不同情况下的弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号。
在本实施例中，优选的，所述步骤S12具体为：
(1)选用无故障状态弹簧储能操动结构的断路器作为参考断路器，在t0～t99时间段内选取100个等距的测试点，第j个测试的时间点记为tj,依次记为t0,t1,t2,…，t48,t49,t50…t97,t98,t99,在第j个测试点上量取电流值记为i0j,依次记为i00,i01,i02,…,i048,i049,i050,…,i097,i098,i099,得到了100组(tj,i0j)数据，其中tj是[t0,t99]时间区间内的等距测试点,j∈[0,99]的整数；
(2)选用待测评状态弹簧储能操动结构的断路器作为待测断路器，在t0～t99时间段内选取100个等距的测试点，第j个测试的时间点记为tj,依次记为t0,t1,t2…t48,t49,t50…t97,t98,t99,在第j个测试点上量取电流值记为i1j，依次记为i10,i11,i12,…,i148,i149,i150…i197,i198,i199,得到了100组(tj,i1j)数据，其中tj是[t0,t99]时间区间内的等距测试点，j∈[0,99]的整数。
步骤S2:根据得到的电机电流波形信号，构建弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型；
在本实施例中，优选的，所述步骤S2具体为：
步骤S21:利用牛顿插值法对无故障状态弹簧储能操动结构的断路器得到的数据进行拟合得到关于时间t的数学模型Y0(t)如下：
Y0(t)＝α0+α1(t-t0)+α2(t-t0)(t-t1)+α3(t-t0)(t-t1)(t-t2)+…+αj(t-t0)(t-t1)…(t-tj-1)
式中tj为第j个测试的时间点，αj分别为数学模型Y0(t)的第j个系数，其中：
α0＝i00,
Figure GDA0003827311090000081
Figure GDA0003827311090000082
Figure GDA0003827311090000083
…
Figure GDA0003827311090000084
i0[t0,t1,t2,…,tj-2,tj-1,tj]表示i00,i01,i02,…,i0j-2,i0j-1,i0j的差分相关系数，j∈[0,99]的整数；
步骤S22:利用牛顿插值法对待测评状态弹簧储能操动结构的断路器得到的数据进行拟合得到关于时间t的数学模型Y1(t)如下：
Y1(t)＝β0+β1(t-t0)+β2(t-t0)(t-t1)+β3(t-t0)(t-t1)(t-t2)+…+βj(t-t0)(t-t1)…(t-tj-1)
式中tj为第j个测试的时间点，αj分别为数学模型Y0(t)的第j个系数，其中：
β0＝i10,
Figure GDA0003827311090000085
Figure GDA0003827311090000086
Figure GDA0003827311090000087
…
Figure GDA0003827311090000088
i1[t0,t1,t2,…,tj-2,tj-1,tj]表示i10,i11,i12,…,i1j-2,i1j-1,i1j的差分相关系数，j∈[0,99]的整数；
步骤S23:根据步骤S21和步骤S22分别得到：
对无故障状态弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号数据数学模型Y0(t)的相关系数：
α0,α1,α2,…,αj-2,αj-1,αj
其中αj分别为数学模型Y0(t)的第j个系数,j∈[0,99]的整数；
对待测评状态弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号数据数学模型Y1(t)的相关系数：
β0,β1,β2,…,βj-2,βj-1,βj
其中βj分别为数学模型Y0(t)的第j个系数,j∈[0,99]的整数；
建立弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型
Figure GDA0003827311090000091
其中，
Figure GDA0003827311090000092
j∈[0,99]的整数。
步骤S3:将待测评弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号输入弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型，评估得到故障状态。
在本实施例中，所述步骤S3具体为：根据步骤S2得到的弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型M
当0.9＜M≤1时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于无故障状态；
当0.8＜M≤0.9时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于轻微故障状态；
当0.6＜M≤0.8时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于中度故障状态；
当M≤0.6时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于严重故障状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:获取不同情况下的弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号；
步骤S2:根据得到的电机电流波形信号，构建弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型；
所述步骤S2具体为：
步骤S21:利用牛顿插值法对无故障状态弹簧储能操动结构的断路器得到的数据进行拟合得到关于时间t的数学模型Y0(t)如下：
Y0(t)＝α0+α1(t-t0)+α2(t-t0)(t-t1)+α3(t-t0)(t-t1)(t-t2)+…+αj(t-t0)(t-t1)…(t-tj-1)
式中tj为第j个测试的时间点，αj为数学模型Y0(t)的第j个系数，其中：
α0＝i00,
Figure FDA0003827311080000011
Figure FDA0003827311080000012
Figure FDA0003827311080000013
…
Figure FDA0003827311080000014
i0[t0,t1,t2,…,tj-2,tj-1,tj]表示i00,i01,i02,…,i0j-2,i0j-1,i0j的差分相关系数，j∈[0,99]的整数；
步骤S22:利用牛顿插值法对待测评状态弹簧储能操动结构的断路器得到的数据进行拟合得到关于时间t的数学模型Y1(t)如下：
Y1(t)＝β0+β1(t-t0)+β2(t-t0)(t-t1)+β3(t-t0)(t-t1)(t-t2)+…+βj(t-t0)(t-t1)…(t-tj-1)
式中tj为第j个测试的时间点，βj为数学模型Y1(t)的第j个系数，其中：
β0＝i10,
Figure FDA0003827311080000021
Figure FDA0003827311080000022
Figure FDA0003827311080000023
…
Figure FDA0003827311080000024
i1[t0,t1,t2,…,tj-2,tj-1,tj]表示i10,i11,i12,…,i1j-2,i1j-1,i1j的差分相关系数，j∈[0,99]的整数；
步骤S23:根据步骤S21和步骤S22分别得到：
无故障状态弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号数据数学模型Y0(t)的相关系数：
α0,α1,α2,…,αj-2,αj-1,αj
其中αj为数学模型Y0(t)的第j个系数,j∈[0,99]的整数；
待测评状态弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号数据数学模型Y1(t)的相关系数：
β0,β1,β2,…,βj-2,βj-1,βj
其中βj为数学模型Y1(t)的第j个系数,j∈[0,99]的整数；
建立弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型
Figure FDA0003827311080000031
其中，
Figure FDA0003827311080000032
j∈[0,99]的整数；
步骤S3:将待测评弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号输入弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型，评估得到故障状态。
2.根据权利要求1所述的弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，其特征在于，所述不同情况包括无故障状态与待测评状态。
3.根据权利要求2所述的一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
步骤S11:弹簧储能操动结构断路器储能电机外侧安装有1号接口、2号接口、1号探头接线、2号探头接线和信号检测示波器，所述的1号接口通过1号探头接线与信号检测示波器相连接，所述的2号接口通过2号探头接线与信号检测示波器相连接，所述的信号检测示波器通过1号探头接线、2号探头接线获取弹簧储能操动结构断路器储能电机的电流波形信号；
步骤S12:通过步骤S11进行连接获取两种不同状态下储能电机的电流波形信号，对该两种电流波形信号依次进行提取,得到不同情况下的弹簧储能操动结构断路器储能电机电流波形信号。
4.根据权利要求3所述的一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，其特征在于，所述步骤S12具体为：
(1)选用无故障状态弹簧储能操动结构的断路器作为参考断路器，在t0～t99时间段内选取100个等距的测试点，第j个测试的时间点记为tj,依次记为t0,t1,t2,…，t48,t49,t50…t97,t98,t99,在第j个测试点上量取电流值记为i0j,依次记为i00,i01,i02,…,i048,i049,i050,…,i097,i098,i099,得到了100组(tj,i0j)数据，其中tj是[t0,t99]时间区间内的等距测试点,j∈[0,99]的整数；
(2)选用待测评状态弹簧储能操动结构的断路器作为待测断路器，在t0～t99时间段内选取100个等距的测试点，第j个测试的时间点记为tj,依次记为t0,t1,t2…t48,t49,t50…t97,t98,t99,在第j个测试点上量取电流值记为i1j，依次记为i10,i11,i12,…,i148,i149,i150…i197,i198,i199,得到了100组(tj,i1j)数据，其中tj是[t0,t99]时间区间内的等距测试点，j∈[0,99]的整数。
5.根据权利要求1所述的一种弹簧储能操动结构断路器的故障检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：根据步骤S2得到的弹簧储能操动结构断路器的故障检测模型M
当0.9＜M≤1时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于无故障状态；
当0.8＜M≤0.9时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于轻微故障状态；
当0.6＜M≤0.8时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于中度故障状态；
当M≤0.6时，说明待测评状态弹簧储能操动结构的断路器处于严重故障状态。
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